Αριθμητικές προσομοιώσεις της επίδρασης της ατμοσφαιρικής εναπόθεσης αζώτου και φωσφόρου στο θαλάσσιο οικοσύστημα της Ανατολικής Μεσογ...

Abstract

Atmospheric deposition has been suggested as the main external mechanism supplying nutrients to the marine environment of Eastern Mediterranean Basin; however its fate and exact role in the marine ecosystem have not been established. For the first time, atmospheric deposition measurements of Dissolved Inorganic Phosphorous and Nitrogen over Crete are used synergistically with marine ecosystem observations in the Cretan Sea and a one-dimension complex physical/biogeochemical marine model in order to investigate the role of atmospheric deposition on the Cretan Sea ecosystem. The 1-dimensional ecosystem model taking into account the atmospheric inputs has been adapted to satisfactorily simulate the sea water observations at the Cretan Sea. Observations of production rates and biomasses of phytoplankton and bacteria in the region have been successfully compared with the model results. Sensitivity tests demonstrate that the results depend on the adopted parameterization of the rate of P preferential to N remineralization in the upper sea water layer. The parameterization chosen for the present study is optimal for the simulation of the system. The atmospheric deposition of N and P to the East Mediterranean is estimated by the model to increase the primary production by 1-35% depending on season with the maximum impact calculated for summer and fall. It thus leads to biomasses increases of 2-26% for phytoplankton and up to 7% for bacteria. Simulations indicate that continuous atmospheric inputs of nutrients over several decades can maintain the anomalously high N-to-P ratio observed in the East Mediterranean seawater

Η ατμοσφαιρική εναπόθεση έχει προταθεί ως ο κύριος μηχανισμός παροχής θρεπτικών στη θάλασσα από εξωτερικές πηγές. Τόσο ο βιογεωχημικός κύκλος του αζώτου (Ν) όσο και του φωσφόρου (Ρ) έχουν διαταραχθεί από τον άνθρωπο. Ιδιαίτερα για το N, έχει αποδειχθεί ότι οι ανθρωπογενείς εκπομπές στην ατμόσφαιρα έχουν αυξηθεί σημαντικά κατά τη διάρκεια του τελευταίου αιώνα, ενισχύοντας την ατμοσφαιρική εναπόθεση N στους ωκεανούς. Η Μεσόγειος, ειδικότερα η ανατολική της λεκάνη, είναι μια από τις περισσότερο ολιγοτροφικές περιοχές στον κόσμο με πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις θρεπτικών αλάτων και υψηλό λόγο N:P (28:1) σε σχέση με τον λόγο Redfield (16:1). Στόχος της παρούσας μελέτης είναι η εκτίμηση της επίδρασης της ατμοσφαιρικής εναπόθεσης θρεπτικών στην πρωτογενή παραγωγή της Ανατολικής Μεσογείου και στον υψηλό λόγο N:P που μετράται στην περιοχή. Για το σκοπό αυτό και για πρώτη φορά, ατμοσφαιρικά δεδομένα από επίγειες μετρήσεις στην περιοχή καθώς και θαλάσσια δεδομένα εισήχθησαν σε μονοδιάστατο θαλάσσιο φυσικο–βιογεωχημικό μοντέλο. Οι θαλάσσιες μετρήσεις χρησιμοποιήθηκαν εκτός από δεδομένα εισόδου για το μοντέλο και ως δεδομένα ελέγχου της αξιοπιστίας του. Το μονοδιάστατο θαλάσσιο φυσικο-βιογεωχημικό μοντέλο τροποποιήθηκε για να προσομοιώσει το θαλάσσιο οικοσύστημα του Κρητικού Πελάγους, αντιπροσωπευτικό για την ευρύτερη περιοχή της Ανατολικής Μεσογείου. Ελήφθησαν υπόψη τόσο οι ατμοσφαιρικές εισροές όσο και οι μηχανισμοί (φυσικοί και βιολογικοί) που θα μπορούσαν να μεταφέρουν την περίσσεια του εναποτιθέμενου ατμοσφαιρικού αζώτου. Μετά τις τροποποιήσεις το αριθμητικό μοντέλο συγκρίθηκε και αξιολογήθηκε σε σχέση με τις θαλάσσιες παρατηρήσεις. Επιπλέον διεξήχθησαν έλεγχοι ευαισθησίας για την επιβεβαίωση της ορθότητας της παραμετροποίησης του βιολογικού μηχανισμού απομάκρυνσης της περίσσειας αζώτου. Τα αποτελέσματά μας, έδειξαν ότι η ατμοσφαιρική εναπόθεση N και P αυξάνει την πρωτογενή παραγωγή σε ποσοστό 1-35% ανάλογα με την εποχή. Αυτό έχει ως συνέπεια την αύξηση της φυτοπλαγκτονικής βιομάζας κατά 2-26% και έως και 7% της βακτηριακής βιομάζας. Οι αριθμητικές προσομοιώσεις έδειξαν επίσης ότι οι εκπομπές αζώτου λόγω της αύξησης των ανθρωπογενών δραστηριοτήτων μετά την βιομηχανική επανάσταση και κατ’ επέκταση η ατμοσφαιρική εναπόθεσή τους, μπορούν να εξηγήσουν τον ασυνήθιστα υψηλό N/P λόγο που παρατηρείται στην Ανατολική Μεσόγειο. Ο λόγος αυτός διατηρείται λόγω των συνεχών εισροών θρεπτικών ουσιών μέσω της ατμοσφαιρικής εναπόθεσης.